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就能到达必然的配准精度:并且对付每次搜刮能

发布时间:2019-10-03   浏览次数:

  第29卷第1期 电子取消息学报 V01.29No.1 of Jan.2007 2007年1月 JournalElectronics&InfonnationTechnology 一种用于图像超分辩的及时高精度像素内配准方式 袁建华 殷学平易近 邹谋炎 (中国科学院电子学研究所100080) (中国科学院研究生院100039) 摘要:正在超分辩图像回复复兴处置中,像素内的配准精度、速度是超分辩图像最终实现的及时性和高质量的环节因 素。保守的操纵泰勒级数展开像素内配准方式及时性较差:分级少的块婚配配准精度相对较低。该文提出一种基 于分段双三次多项式拟合的分级块婚配像素内配准手艺,正在算法复杂度低的同时了配准精度,并正在文巾给出 了尝试统计成果。 环节词:图像处置:超分辩;像素内;配准 中图分类号:TN911.73 文献标识码:A Used A Methodwith Precision Real-Tin舱Sub—pi=:【elRegistration High -『=岛r hageSupe卜Reso娥幻n YinXue-minZou , №缸Jian.hua Mou—yan (如“玩抛o,成ec£m倒c3,C%t馆eseAcodem可o,&娩礼ce8,曰e研犯夕100080,(冼讯由 (G他如8亡eSe托DD{,蕊统eseA∞矗em可吖&匏礼ces,Be彬讫910∞39,蕊伽∞ Abstract:Intherese8_rchof and ofthe super-resolutionimageproce8sing,theprecisionspeed sub—pixelregistration arethe jsdifl6cult£Drthe methodtodoin thehierarchical key胁t0I_8。It 1匆lDr,s皋eriepansion real一七ime,and with block.matd【I_皿【ethDd珥‰_le鹃1e::I豳cama10wer Thebicubiccurvefunctionmethod 8政LievBoniy preci8ioni cannot aj alsobe in hier时chjc8lbloc“matchdr8wninthj:s obtain implemented p8per only Kgherprecision,but ? real_lime. ii K锣獭DrdIs:ImagBproc鹳8iBg;Super-reso蛾ion;Sub.pixel.Re西$tration 1 引言 本文放置如下:第1节,引言;第2节,保守的像素内 配准手艺引见:第3节,双三次多项式拟像素内配准原 超分辩图像处置次要是操纵多幅低分辩率图像来回复复兴 理;第4节,分级块婚配的实现方式;第5节,尝试及成果; 原始的超分辩率图像,其开创性工做由T8aj和Huanglll正在 第6节,会商及结论。 1984年提出。该手艺能够被使用正在遥感,生物医学,军事, 平易近用安防等多个方面。正在其20多年的成长过程中,学者们 2 保守的像素内配准手艺 进行了深切的研究,从频域法,概率回复复兴法,到代数法,空 泰勒级数使用于图像配准的次要思惟由Lucas和 间域,以及研究算法的及时性等。可是其次要的研究仍是集 Kan耐e12】提出,其次要的思惟是将图像看出持续函数,将 中正在图像的回复复兴方面,而对于该工做中的像素内配准手艺发 一经图像当作是另一幅图像的泰勒级数展开。Irani和 展一曲比力迟缓,而像素内的配准手艺对超分辩率图像回复复兴 Pelegl3】将该思惟使用于超分辩图像加强的像素内配准。 的速度和质量至关主要。 令参考图像为,,待配准的图像为9,则 正在超分辩范畴的像素内配准手艺,次要集中于图像的平 (1) 移活动,该活动一方面数学模子简练易于回复复兴处置,另一方 uz 【,Ⅳ 面正在现实使用中也较遍及。保守的像素内配准手艺次要基于 (2) 两类:一种是泰勒级数展开法;另一神基于分级块婚配法。 E=∑k卅口鬈+。苗砒∥)『 可是前者往往需要多次内插迭代,后者跟着配准精度的提 将E最小化,就能够获得关于(Ⅱ,6)的方程组,因为对 高,需要多次对图像进行上采样内插,其算法的复杂性随级 于图像用函数的泰勒展开只正在平移很小和函数的高阶导数 数上升。本文提出~种基于双三次多项式拟合的分级块婚配 很小的像素点无效,所以该配准方式,必必要颠末频频迭代 算法,其算法复杂性低,及时性好,配准精度高,能够很好 及内插才能实现精度高的像素内配准。 地满脚超分辩图像回复复兴的速度和质量。 对于分级块婚配的活动估量,其道理次要是假设图像之 间是平移活动,然后正在要配准的空间中,采用必然的搜刮方 2005-04.18收到,2005.07-28改回 万方数据 电子取消息学报 第29卷 法,常用的有三步搜刮法。正在超分辩图像处置中,对于像素 对于纯平移的活动,获得的图像能够等效于一个同一的离散 内的配准,就是将待配准的图像进行上采样,一般采用双线 卷积核和原图像卷积来实现。此中离散卷积核由式(4)获得。 性内插方式,然后配准,然后再上采样,再配准,曲至达到 如许活动后的图像能够由式(5)来获得,,和9别离是颠末低 需要的配准精度。目前很大一部门的像素内配准操纵该方 通滤波后的参考图像和待配准图像,^是按照平移参数(n,6) 法,次要道理见图1,此中的块婚配和线性内插能够反复多 和式(4)获得的卷积核: 次。超分辩率图像回复复兴中使用该方式进行像素内配准, 9=^(n,6)o, (5) Bormanl4 像素内的配准就等效于最小化式(6): J进行了细致的工做。 E=怕一矗(乜,6)。,{l, (6) 嚣署E 此中范数能够按照分歧的鉴定原则来定义,例如MSE原则 可对应于nobenius范数。 4 分级块婚配的实现方式 求式(6)的最小化等效于正在需要配准的空问中搜刮活动 图1分级块婚配道理图 参数(8’6),正在本文中将搜刮的空间先细分为响应的网格点, 3 双三次多项式素内配准 最小化式(6)也就是正在网格点上寻优,采用常用的块婚配的搜 索方式,亦即按照2”1阶的网格距离搜刮,n为响应的分级 对式(1)阐发,如对此中的微分算子采用Sobel算予来模 数,假设搜刮分3级,则将具体的空问分为15×15个网格 拟,图像正在整数采样点取值,获得 点,搜刮分级为4,2,1个网格距离。搜刮分级数对应于响应 皇g冬堕:,o+1,七一1)~,(2一l,七一1)+2,(1+1,后) 的配准精度,假设搜刮的空间为士△个像素,按照响应的配 一2,(f一1,克)+,(f+1,克+1)一,(f一1,晃+1), 准精度来定义搜刮分级,见表1。 掣=,o—l,七+1)~朋一1,七一1)+2朋,后+1) 表1理论配准精度表 一2,(1,七一1)+,(1+1,七+1)一,(:+1,七一1),搜刮分级 l 2 3 4 配准精度(±△) 1 1/3 l/7 1/15 航吣,(f,咖掣+6掣∥Z 口席 (3) 搜刮网格点 3×3 7×7 15×15 31×31 能够发觉,其实泰勒级数展开,就是响应于图像正在响应 搜刮分级 5 6 7 点的内插的一种,正在这里操纵Sobel获得的是9个点的内插 配准精度(土△) l/31 1/63 1/127 方式。因为对于低分辩率图像的配准,次要操纵图像中的低 搜刮网格点 63×63 127×127255×255 频部门的消息,图像中的高频消息往往因为某些缘由存正在着 正在现实的使用中,能够按照事后定义的配准精度,计较 混叠现象,故曲不雅上能够认为尽可能用滑润的函数模子来模 好响应的^,卷积能够用快速傅里叶来实现。如许每次搜刮 拟图像的低频部门,亦即像素内的配准方式该当尽可能采用 计较时只需计较响应的点积,矩阵相减,和响应的范数就可 高次多邻域的模子。对于统一个图像发生的两幅低分辩率图 以了。 像,将它们低通滤波,次要是减轻高频段欠采样的频谱混叠 的影响,然后能够将两幅图中相邻的点当作正在统一个曲面 5尝试及成果 上,亦即一副图像上的点能够由另一副图像上的附近的点来 正在尝试中,采用计较机模仿的方式,假设原图像为 拟合。正在本文中采用双三次多项式进行图像的拟合。其公式 为 士4个像素,步进为0.4个单元像素,然后进行4倍的下采 c融们=∑∑c(z,]})f@一钗秽一是)(4) 样,获得响应的低分辩率图像,响应像素内的距离为0到土1, 步进为0.1,再别离加上O.0001方差的高斯白噪声,先对图 1—2Izl2+lzl3,0≤z1 像进行滤波,采用3×3的高斯模板进行低通滤波,后别离 z2 4—8I纠+5I蚓2一l州3,1S l(z)= 采用泰勒级数展开和分级双三次曲面拟合进行像素内配准, 0, 2≤z 搜刮级数为6,鉴定原则为MSE,获得如下的统计成果见图 2。横坐标暗示尝试的像素配准错误的欧氏距离,纵坐标表 对于图像仿射变换,Heckbertl5l了详尽的工做,得出变 , 换后的每个点等效于原图像和一个离散卷积核卷积来实现, 示尝试的统计次数。 万方数据 第1期 袁建华等:一种用于图像超分辩的及时高精度像素内配准方式 49 图像处置中的像素内配准,本文提出的方式能够取代保守的 一 《 泰勒展开法和分级块婚配法。 一 茁j∈ ji}} 参考文献 倒 林 T8aiRYand Ts.Multi—framere8torationfLnd 【l】 Huang image Advcneesin Visionar置d registra乞ion。In Compu£er Image 配准错误 配准错误 Processing,JAI (a)分级双三次内插 (b)泰勃展开法 Luca8BDandKanadeT.AniteratiVe [2】 imageregistration 图2像素内配准错误统计图 wi七h tostereo of techniquean印plication the1981 DARPA 6会商及结论 ImageUnderstaJlding 1981:12l一130. 上述的尝试成果中,分级双三次内插的配准平均错误为 Irani Mand s. re80Iution [3】 PeIegImproving byimage O.0184个像素,方差为O.008,泰勒展开法配准平均错误为 n扎d』衲。夕ePr’。cessin9, registration.(?阳』P:G7唧^lc02^茁ode2s O.0209个像素,方差为0.0126,亦即本文提出的方式配准精 199l,53(3):23卜239. 度要略优于保守的高精度的泰勒级数展开法,这跟理论根基 Borm8n inmultiframe re8toration. 【4】 s.∞Dpic 8uperres01ution 上分歧,由于本文提出的方式用了16个点的邻域,而泰勒 2004. fDoctor’sThe8.s】,stanforduni、,ersjtyI 级数法只用到了9个邻域:从算法的复杂性来讲,保守的泰 P of Heckberts.F_Ilnd锄entalstexture and 【5】 mappingimage 勒级数展开法,每次迭代均需要内插,并且其性比力慢, of w氯rping.【Master’sThe8i8】,univer8ity 及时性差,而本文提出的像素内配准方式,颠末无限次的搜 1989. 索,就能达到必然的配准精度:并且对于每次搜刮能够采用 快速傅里叶手艺来实现卷积,速度快,及时性好。保守的相 袁建华: 男,1973年生,博士生,研究标的目的为图像、视频处置技 对快速的块婚配的像素内配准方式,、每级均需土采样内插, 术. 需要占用大量的内存和乘法计较,并且其复杂性随内插核的 邹谋炎: 男.1941年生,研究员,博士生导师,研究标的目的为信号 增大和要求的配准精度成几何级数添加。因此,对于超分辩 处置、图像处置理论和算法、无线宽带通信手艺. 万方数据

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  一种用于图像超分辩的及时高精度像素内配准方式 a real-time sub-pixel registration method with high precision used for image super-resolution.pdf


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